基于改進(jìn)Morlet小波的超聲回波信號(hào)處理

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摘 要：粘結(jié)復(fù)合材料的超聲回波檢測(cè)信號(hào)夾雜了大量的噪聲，完全淹沒(méi)了有用的裂紋缺陷信息，基于時(shí)域或頻域的分析方法難以判斷其是否存在缺陷。在對(duì)信號(hào)作多尺度分析的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了Morlet小波，并基于改進(jìn)Morlet小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行了各種分析。當(dāng)取多個(gè)尺度參數(shù)時(shí)，基于改進(jìn)Morlet小波變換得到的小波系數(shù)都包含有缺陷信號(hào)的頻率成分，這樣便解決了多分辨率分析時(shí)多尺度小波系數(shù)在分析窄頻帶缺陷信號(hào)時(shí)的不足。

關(guān)鍵詞：粘結(jié)復(fù)合材料； 超聲回波信號(hào)； 多分辨率分析； 改進(jìn)Morlet小波

0 引 言

在粘結(jié)復(fù)合材料（如玻璃鋼復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等）的壓電超聲檢測(cè)研究中，因各個(gè)部件制作成型方法的不同，以及超聲波在鋼和銅中傳播速度的快慢差異，導(dǎo)致超聲波能量在粘結(jié)接觸界面衰減很大，絕大部分的超聲波沒(méi)能穿透下面一層的復(fù)合材料介質(zhì)而直接反射回來(lái)[1]。但是，缺陷往往發(fā)生在表層復(fù)合材料介質(zhì)以下，所以這些在接觸界面反射回來(lái)的超聲波沒(méi)有攜帶任何有用的缺陷信息，一旦被探頭捕獲就成為回波中的噪聲[2]。這樣一來(lái)，回波信號(hào)中絕大部分都是與缺陷信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲。

目前國(guó)內(nèi)外超聲檢測(cè)儀器對(duì)這類超聲回波的缺陷識(shí)別多采用硬件鑒幅或鑒相的方式實(shí)現(xiàn)[34]。但是，當(dāng)噪聲幅值完全淹沒(méi)有用信號(hào)時(shí)，此類方法的可靠性大大降低甚至無(wú)法滿足要求。所以，在超聲回波信號(hào)處理上，要解決的就是上述信噪比極低情況下的缺陷識(shí)別問(wèn)題。目前一般采取基于傅里葉頻譜分析和成分分析的數(shù)字濾波方法，但由于完全在頻域內(nèi)分析時(shí)沒(méi)有考慮時(shí)域因素，有用的缺陷信號(hào)始終難覓其蹤跡。

小波變換采用了一種全新的基波，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇尺度因子和平移因子，可得到一個(gè)伸縮窗，只要適當(dāng)?shù)倪x擇基本小波，就可以使小波變換在時(shí)、頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力[5]，克服了傅里葉變換的時(shí)頻窗口大小固定不變，只適合分析所有特征尺度大致相同的各種過(guò)程，窗口沒(méi)有適應(yīng)性，不適于分析多尺度信號(hào)過(guò)程和突變過(guò)程等缺點(diǎn)。

本文通過(guò)對(duì)粘結(jié)復(fù)合材料超聲檢測(cè)回波信號(hào)的研究，利用改進(jìn)Morlet小波對(duì)其進(jìn)行多分辨率分析，成功檢測(cè)出了淹沒(méi)在噪聲中的缺陷信號(hào)，為產(chǎn)品質(zhì)檢提供了可靠依據(jù)。